Donanım/yazılım arayüzü nedir? Donanım-yazılım arayüzü

İşletim sisteminin ne olduğu fikri zamanla değişti. İlk bilgisayarlar yalnızca matematik problemlerini çözmek için kullanılıyordu ve programlar, makine kodlarıyla yazılmış hesaplamalı algoritmalardı. Programları kodlarken, programcının bilgisayarı bağımsız olarak kontrol etmesi ve programının yürütülmesini sağlaması gerekiyordu. Zamanla program yazmayı kolaylaştırmak için bir dizi yardımcı program oluşturuldu. Elektroniğin gelişmesiyle birlikte ekipman iyileştirildi ve bununla bağlantılı olarak birkaç programın aynı anda yürütülmesi mümkün hale geldi, görevleri değiştirmek için algoritmalar oluşturuldu. Anahtarlamayı sağlayan rutinler kümesine monitör veya denetleyici adı verildi. Ancak hata içeren ve bilgisayar kaynaklarını tüketen programların çalışmasının kesintiye uğraması (örneğin, işlemciyi sürekli meşgul etmek veya çalışmalarının sonuçlarını yanlışlıkla diğer programların bulunduğu RAM'e yazmak) sorunu ortaya çıkmıştır. Program belleğini diğer programların yanlışlıkla erişmesine karşı koruyan özel donanım mekanizmalarının oluşturulmasında bir çözüm bulundu. Bu mekanizmaların kontrolü artık programların kendisinde yer alamayacağından, bellek korumasını kontrol etmek için monitöre özel bir program eklendi. Yerleşik monitör bu şekilde oluşturuldu. Bu tür sorunların tutarlı çözümü, çeşitli sorunları aynı anda çözebilen evrensel bir bilgisayar yaratmayı amaçlıyordu.

Yerleşik bir monitör zaten bir işletim sisteminin temelidir. Uygulama programları, uygulama programlama arayüzü adı verilen özel bir kurallar kümesi kullanarak yalnızca kendi algoritmalarının uygulanmasını ve yardımcı algoritmalar için monitöre erişimi içermeye başladı. Uygulama programlama arayüzü soyut kavramların oluşturulmasına izin verdi. Dosya ve dosya sistemi kavramları ortaya çıktı. Daha sonra yerleşik monitöre, özellikle dosyaları kopyalamak, metinleri düzenlemek, programları bir programlama dilinden makine koduna derlemek ve diğerleri gibi işlemleri kolaylaştıran birçok başka program eklendi. Yerleşik monitör terimi işletim sistemi çekirdeğine dönüştürüldü.

Bilgisayarı başlatma. BIOS.

Tipik olarak bilgisayar, sistem biriminin ön panelinde güç açıldığında başlar, ancak modern bilgisayarlarda enerji tasarrufu için kapatılmamalarına izin veren araçlar bulunur. Bilgisayarı başlatmak, bilgisayarın çalışmasının en önemli anıdır - şu anda RAM'de veri veya program yoktur. Komut olmadan bunları sabit sürücüden RAM'e aktarmak imkansızdır. Bu amaçla işlemcinin RESET (yeniden başlatma) adı verilen özel bir ayağı vardır. Üzerinden bir sinyal alınırsa (ve açılma anında tam olarak bu olur), işlemci özel olarak tahsis edilmiş bir bellek hücresine erişir. Bu hücrenin, bilgisayar kapalıyken bile her zaman belirli bilgileri içermesi gerekir. Bunun için özel bir çip tasarlanmıştır - ROM (salt okunur bellek). Bu da hafızadır ama kalıcıdır. RAM'den farklı olarak ROM kapatıldığında silinmez. ROM çip programları fabrikada yazılmıştır. Bu program grubuna BIOS - temel giriş/çıkış sistemi adı verilir. Bu sistem bilgisayarın anakartına "yerleşiktir". Amacı, G/Ç işlemleriyle ilgili temel eylemleri gerçekleştirmektir. BIOS ayrıca, güç açıldığında bilgisayarın belleğinin ve aygıtlarının çalışmasını kontrol eden bir bilgisayar performans testi içerir. BIOS çipinde saklanan programların çalışması, beyaz çizgilerle çalışan siyah bir ekranda görüntülenir. Şu anda bilgisayar cihazlarını kontrol ediyor: RAM kontrol ediliyor (ne kadar var ve düzenli mi), sabit sürücülerin varlığı ve bir klavyenin varlığı. Bir şey işe yaramazsa, kontrolü gerçekleştiren programlar bir sorun bildirecektir. Ayrıca temel giriş/çıkış sistemi, işletim sistemi yükleyicisini çağıran bir program içerir.

İşletim sistemi yükleyicisi, sistem önyükleme işlemini başlatmak için tasarlanmış özel bir programdır.

İşletim sistemi yüklendikten sonra işlemci ve diğer cihazlarla yapılan tüm çalışmalar, işletim sisteminin içerdiği özel yazılım paketleri kullanılarak gerçekleştirilir.

Herhangi bir nedenle işletim sistemi sabit sürücüden yüklenmezse, bilgisayarla çalışmak imkansızdır. Bu, örneğin sabit sürücünün veya işletim sisteminin hasar görmesi durumunda meydana gelir. Bu durumda işletim sistemi harici bir depolama ortamından yüklenebilir. Bunu yapmak için sistem diski adı verilen özel bir diske ihtiyacınız vardır. Bu yöntem sorun giderme sırasında bilgisayarı başlatmak için kullanılır.

İşletim sisteminin amacı.

Bilgisayarların her zaman bir işletim sistemine ihtiyacı yoktu. Eğer bir bilgisayar, işletim sistemi olmadan açılıp, çalışmaya başlayabiliyor ve insan komutlarını kabul edebiliyorsa, o zaman buna gerek yoktu. Bu tür “bilgisayarlara” örnek olarak oyun konsolları verilebilir. Ayrıca bir işlemcileri, programın çalışma sırasında bulunduğu RAM'leri var, bilgi giriş cihazları var (örneğin bir joystick), ancak işletim sistemi yok veya tamamen ilkel.

Konsol oyun programları (ve bunların müzik ve resimler gibi verileri) bir ROM çipinde (oyun kartuşunda bulunur) veya bir lazer diskte saklanır. Konsola bir kartuş (veya lazer disk) takıldığında program otomatik olarak başlar ve oyun komut dosyasının gerektirdiği dışında herhangi bir kontrol varsayılmaz, dolayısıyla herhangi bir işletim sistemine ihtiyaç duyulmaz. Konsola diğer taraftan bakabilirsiniz. Bir oyunu yüklerken, oyun "işletim sisteminin" kontrolü altına girersiniz ve yalnızca oyunda sağlananları, örneğin "koşma", "zıplama" ve "ateş etme" işlemlerini yapabilirsiniz. Sınırlamaları ve standart dışı doğası, bir video oyununa tırnak işaretleri olmadan "işletim sistemi" dememize izin vermiyor. Bu işletim sistemi şunları yapmalıdır:

– genel olarak kabul edilmesi ve birçok bilgisayarda standart bir sistem olarak kullanılması;

– geçmişte de dahil olmak üzere farklı şirketler tarafından üretilen çok sayıda donanım cihazıyla çalışın;

– farklı kişiler tarafından yazılan ve farklı kuruluşlar tarafından yayınlanan çok çeşitli programları çalıştırma yeteneği sağlamak;

– bilgisayarı, bilgisayardaki yüklü aygıtları ve programları denetlemek, yapılandırmak ve bakımını yapmak için araçlar sağlamak.

Donanım ve yazılım arayüzü.

Bir bilgisayar sisteminde yazılım ve donanım olmak üzere iki katılımcı vardır. Yazılım, bilgisayarda yüklü olan programların tümü, donanım ise sistem biriminin içinde bulunan veya dışarıya bağlanan bileşenler ve ekipmanlardır.

Bir bilgisayar sistemindeki katılımcılar arasındaki ilişkiye arayüz denir. Farklı düğümler arasındaki etkileşim bir donanım arayüzüdür, programlar arasındaki etkileşim bir yazılım arayüzüdür ve donanım ile programlar arasındaki etkileşim bir donanım-yazılım arayüzüdür.

Bir bilgisayarda donanım arayüzü ekipman üreticileri tarafından sağlanır. Tüm düğümlerin aynı konnektörlere sahip olmasını ve aynı voltajda çalışmasını sağlarlar. Yazılım ve donanım arasındaki koordinasyon işletim sistemi tarafından gerçekleştirilir.

Kullanıcı arayüzü.

Kişisel bir bilgisayardan bahsediyorsak, bilgisayar sistemiyle çalışan üçüncü bir katılımcıyı belirtebiliriz - bu bir kişidir (genellikle kullanıcı olarak adlandırılır). Kullanıcının ayrıca donanım ve yazılımla etkileşime girmesi gerekir.

Farklı programlar var ve her birinin farklı şekilde çalıştırılması gerekiyor. Bazı programlar klavyeyle, bazıları fareyle, bazıları da joystick veya diğer kontrol aygıtlarıyla çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Bazı programlar mesajlarını ekrandaki metinler şeklinde sunar, bazıları grafik şeklinde sunar, bazıları ise ekranı hiç kullanmayarak konuşma veya ses şeklinde mesajlar üretebilir. Bir kişinin bir programla ve bir programın bir kişiyle etkileşime girme şekline kullanıcı arayüzü denir. Bir program çalışmayı kolaylaştıracak şekilde yapılmışsa kullanıcı dostu bir arayüze sahip olduğu söylenir. Bir programla çalışma tekniği, talimatları incelemeye gerek kalmadan hemen anlaşılırsa, sezgisel bir arayüze sahip olduğu söylenir. Gelişmiş bir kullanıcı arayüzü kavramı, programın harika yeteneklere sahip olduğunu ancak onunla çalışmayı öğrenmenin kolay olmadığını gösteriyor. Esnek arayüz, programın birçok farklı şekilde kullanılabileceği anlamına gelir. Sert arayüz kavramı, yalnızca talimatlarda belirtildiği gibi çalışmanın mümkün olduğu, başkasının mümkün olmadığı anlamına gelir. İlkel arayüz kavramı, arayüzün öğrenilmesinin kolay olduğu ancak kullanımının zahmetli olduğu anlamına gelir.

DOS İŞLETİM SİSTEMİ

DOS, kişisel bilgisayarlar için yaygınlaşan ve 1981'den 1995'e kadar IBM PC bilgisayarları için ana işletim sistemi olan ilk işletim sistemidir. Zamanla, neredeyse yeni, modern işletim sistemleri Windows ve Linux ile değiştirildi, ancak bazı durumlarda DOS kalır bilgisayarda çalışmak için uygun ve mümkün olan tek şey (örneğin, kullanıcının eski ekipmanla veya uzun zaman önce yazılmış yazılımla çalıştığı durumlarda vb.)

Kullanıcılar DOS işletim sistemiyle komut satırını kullanarak çalışır; kendi grafik arayüzü yoktur. DOS işletim sistemi 15 yıldır kişisel bilgisayarlarla başarılı bir şekilde çalışmayı mümkün kılmıştır ancak bu çalışmaya uygun denemez. DOS, kullanıcı ile bilgisayar arasında bir "aracı" görevi gördü ve disklere erişim için karmaşık komutların daha basit ve daha anlaşılır komutlara dönüştürülmesine yardımcı oldu, ancak geliştikçe kendisi de çok sayıda komutla "büyüdü" ve çalışmayı engellemeye başladı. bilgisayar. Böylece yeni bir aracıya ihtiyaç duyuldu - ardından sözde kabuk programları ortaya çıktı.

Kabuk, işletim sistemi altında çalışan ve kullanıcının işletim sistemiyle çalışmasına yardımcı olan bir programdır. Kabuk programı, bilgisayarın tüm dosya yapısını açıkça gösterir: diskler, dizinler, dosyalar. Dosyalar yalnızca birkaç tuş vuruşuyla aranabilir, kopyalanabilir, taşınabilir, silinebilir, sıralanabilir, değiştirilebilir ve yürütülebilir. Basit, anlaşılır, kullanışlı. Dünya çapında en ünlü ve yaygın kabuk programlarından birine Norton Commander (NC) adı verilir. NC kabuğu, MS DOS dosya sistemiyle çalışırken ortaya çıkan, örneğin komut satırından komut yazma ihtiyacı gibi birçok rahatsızlığı kullanıcıdan gizler. Basitlik ve kullanım kolaylığı, NC tipi kabukları günümüzde popüler kılan şeydir (bunlara QDos, PathMinder, XTree, Dos Navigator, Volkov Commander, vb. dahildir). Windows 3.1 ve Windows 3.11'in grafik kabukları temelde onlardan farklıdır. Açılabilen, ekranın etrafında hareket ettirilebilen ve kapatılabilen “pencereler” konseptini kullanıyorlar. Bu pencereler çeşitli programlara “aittir” ve onların çalışmalarını yansıtır.

DOS, FAT dosya sistemini kullanır. Dezavantajlarından biri dosya ve dizin adlarındaki katı kısıtlamalardır. Ad en fazla sekiz karakter uzunluğunda olabilir. Uzantı noktadan sonra belirtilir ve en fazla üç karakterden oluşur. Dosya adındaki uzantı isteğe bağlıdır, kolaylık sağlamak için eklenmiştir, çünkü uzantı, onu hangi programın oluşturduğunu ve dosyanın içeriğinin türünü bulmanızı sağlar. DOS, aynı adın küçük ve büyük harfleri arasında ayrım yapmaz. Dosya adı ve uzantısı, harf ve rakamlara ek olarak şu karakterlerden oluşabilir: -, _, $, #, &, @, !, %, (,), (, ), ", ^. Dosya örnekleri MS DOS'taki adlar: doom .exe, referat.doc.

DOS oldukça uzun zaman önce oluşturulduğundan modern işletim sistemlerinin gereksinimlerini karşılamıyor. Modern bilgisayarlarda yüklü olan büyük miktardaki belleği doğrudan kullanamaz. Dosya sistemi yalnızca kısa dosya adlarını kullanır; ses kartları, video hızlandırıcılar vb. gibi çeşitli cihazlar yeterince desteklenmez.

Çoklu görev DOS'ta uygulanmaz, yani. doğal olarak birden fazla görevi (programları çalıştırma) aynı anda gerçekleştiremez. DOS'un, programların ve kullanıcının yetkisiz eylemlerine karşı herhangi bir kontrol ve koruma aracı yoktur, bu da çok sayıda sözde virüsün ortaya çıkmasına neden olmuştur.

DOS işletim sisteminin bazı bileşenleri: IO.SYS ve MSDOS.SYS disk dosyaları (farklı şekilde çağrılabilirler, örneğin IBMBIO.COM ve PC DOS için IBMDOS.COM) önyükleme sırasında RAM'e yerleştirilir ve kalıcı olarak orada kalır. IO.SYS dosyası, temel G/Ç sistemine bir ektir ve MSDOS.SYS, temel üst düzey işletim sistemi hizmetlerini uygular.

DOS komut işlemcisi kullanıcı tarafından girilen komutları işler. Komut işlemcisi, işletim sisteminin önyüklendiği diskteki COMMAND.COM disk dosyasında bulunur. Type, dir veya copy gibi bazı kullanıcı komutları kabuğun kendisi tarafından yürütülür. Bu tür komutlara dahili veya yerleşik komutlar denir. Diğer (harici) kullanıcı komutlarını yürütmek için, komut işlemcisi disklerde uygun adda bir program arar ve bulursa onu belleğe yükler ve kontrolü ona aktarır. Programın sonunda komut işlemcisi programı bellekten siler ve komutları yürütmeye hazır olduğunu belirten bir mesaj görüntüler (DOS istemi).

Harici DOS komutları, işletim sistemiyle birlikte ayrı dosyalar olarak sağlanan programlardır. Bu programlar, disketleri biçimlendirmek (format.com), disklerin durumunu kontrol etmek (scandisk.exe) vb. gibi bakım görevlerini gerçekleştirir.

Aygıt sürücüleri, DOS giriş/çıkış sistemini tamamlayan ve mevcut aygıtların yeni veya standart dışı kullanımı için destek sağlayan özel programlardır. Örneğin, DOS sürücüsü ramdrive.sys'yi kullanarak bir "elektronik disk" ile çalışmak mümkündür, yani. Diskle aynı şekilde değiştirilebilen bir bilgisayar belleği parçası. Sürücüler, işletim sistemi önyüklendiğinde bilgisayarın belleğine yerleştirilir ve adları özel bir CONFIG.SYS dosyasında belirtilir. Bu tasarım, yeni aygıtların eklenmesini kolaylaştırır ve bunu DOS sistem dosyalarını etkilemeden yapmanıza olanak tanır.

MICROSOFT PENCERELER

Widows 1.0, Widows 2.0, Widows 3.0, Widows 3.1 ve Widows 3.11 grafik kabukları MS DOS altında çalışıyordu, yani bağımsız işletim sistemleri değillerdi. Ancak Windows'un ortaya çıkışı yeni olasılıklar açtığından, Windows'a kabuk değil ortam adı verildi. Windows ortamı, onu diğer kabuk programlarından ayıran aşağıdaki özelliklerle karakterize edilir:

– Çoklu görev. Aynı anda birden fazla programı çalıştırmak mümkündür.

– Birleşik yazılım arayüzü. Windows için yazılan programlar arasındaki etkileşim, bazı programlarda veri oluşturulup diğer programlara aktarılabilecek şekilde düzenlenmiştir.

– Birleşik kullanıcı arayüzü. Windows için yazılmış bir programın nasıl çalıştığını anladığınızda diğerini anlamak zor değildir. Ne kadar çok program çalışırsanız bir sonraki programı öğrenmek o kadar kolay olur.

- Grafiksel kullanıcı arayüzü. Program ve veri dosyaları ekranda simgeler olarak görünür. Dosyalar fare kullanılarak işlenir.

– Birleşik donanım-yazılım arayüzü. Windows ortamı çeşitli donanım ve programların uyumluluğunu sağladı. Ekipman üreticileri, cihazlarının hangi programları çalıştıracağını nasıl "tahmin edeceklerini" umursamadılar, yalnızca Windows ile çalışmak istediler ve ardından Windows, cihazların çalışmasını sağladı. Aynı şekilde yazılım geliştiricilerin de artık bilmedikleri ekipmanlarla çalışma konusunda endişelenmelerine gerek kalmadı. Görevleri Windows ile etkileşimi sağlamaya indirgenmişti.

Grafik kabukları Windows 3.1 ve Windows 3.11 ile DOS işletim sisteminin yerini MS Windows ailesinin tam teşekküllü işletim sistemleri aldı (önce Windows 95, ardından Windows 98, Windows 2000, Windows XP). Windows 3.1 ve Windows 3.11'den farklı olarak, bilgisayarı açtıktan sonra otomatik olarak başlarlar (yalnızca bu sistem kuruluysa).

MS Windows'ta, dosyaları depolamak için FAT dosya sisteminin bir değişikliği olan VFAT kullanılır. İçinde dosya ve dizin adlarının uzunluğu 256 karaktere ulaşabilir.

Windows işletim sisteminde fare, pencereler ve uygulamalarla çalışırken yaygın olarak kullanılır. Tipik olarak fare, metin veya grafik nesnelerinin parçalarını seçmek, kutuları işaretlemek ve işaretlerini kaldırmak, menü komutlarını seçmek, araç çubuğu düğmelerini seçmek, diyaloglardaki kontrolleri değiştirmek ve pencerelerdeki belgeleri "kaydırmak" için kullanılır.

Windows'ta sağ fare düğmesi de aktif olarak kullanılmaktadır. Fare işaretçisini bir nesnenin üzerine getirip sağ tıklatarak, bu nesneye uygulanabilecek en yaygın komutları içeren "bağlam menüsü" adı verilen menüyü açabilirsiniz.

Kısayollar, bir programa veya belgeye, dosyanın birden çok fiziksel kopyasını oluşturmadan birden çok konumdan erişmenizi sağlar. Masaüstüne yalnızca uygulamaların ve bireysel belgelerin simgelerini (simgelerini) değil aynı zamanda klasörleri de yerleştirebilirsiniz. Klasörler dizinlerin diğer adıdır.

Windows 95'teki önemli bir yenilik Görev Çubuğuydu. Sınırlı işlevselliğine rağmen, çoklu görevleri netleştirir ve uygulamalar arasında geçiş yapmayı Windows'un önceki sürümlerine göre çok daha hızlı hale getirir. Harici olarak görev çubuğu, genellikle ekranın alt kısmında bulunan ve uygulama düğmelerini ve Başlat düğmesini içeren bir şerittir. Sağ tarafta genellikle bir saat ve o anda aktif olan programların küçük simgeleri bulunur.

Windows masaüstü, acemi kullanıcılar için işleri mümkün olduğu kadar kolaylaştırmak ve aynı zamanda ileri düzey kullanıcıların özel ihtiyaçlarına uyacak şekilde maksimum özelleştirme sağlamak üzere tasarlanmıştır.

LİNUX İŞLETİM SİSTEMİ

Linux, IBM uyumlu kişisel bilgisayarlar ve iş istasyonları için bir işletim sistemidir. Ağa bağlı bir grafik penceresi olan X Pencere Sistemine sahip çok kullanıcılı bir işletim sistemidir. Linux işletim sistemi açık sistem standartlarını ve İnternet protokollerini destekler ve Unix, DOS ve MS Windows sistemleriyle uyumludur. Sistemin tüm bileşenleri, kaynak kodu da dahil olmak üzere, sınırsız sayıda kullanıcıya ücretsiz kopyalanıp kurulabilecek bir lisansla dağıtılmaktadır.

Bu işletim sistemi 1990'ların başında Helsinki Üniversitesi (Finlandiya) öğrencisi Linus Torvald tarafından İnternet kullanıcılarının, araştırma merkezi çalışanlarının, çeşitli vakıf ve üniversitelerin katılımıyla geliştirildi.

Geleneksel bir işletim sistemi olarak Linux, DOS ve Windows ile aynı özelliklerin çoğunu gerçekleştirir ancak işletim sistemi özellikle güçlü ve esnektir. Linux, kişisel bilgisayarın tüm avantajlarından yararlanırken Unix'in hızını, verimliliğini ve esnekliğini kişisel bilgisayar kullanıcısına getirir. Fareyle çalışırken üç düğmenin tümü aktif olarak kullanılır, özellikle orta düğme metin parçalarını eklemek için kullanılır.

Ekonomik açıdan bakıldığında Linux'un çok önemli bir avantajı daha var; özgür bir sistem. Linux, Özgür Yazılım Vakfı kapsamında GNU Genel Açık Lisansı altında dağıtılmaktadır ve bu işletim sistemini herkesin kullanımına sunmaktadır. Linux telif hakkıyla korunmaktadır ve kamu malı değildir, ancak GNU Genel Kamu Lisansı onu kamuya açık hale getirmekle hemen hemen aynıdır. Linux'un özgür ve aynı zamanda standartlaştırılmış bir sistem olarak kalacağı şekilde tasarlanmıştır. Linux çekirdeğinin yalnızca bir resmi sürümü vardır.

Linux işletim sistemi Unix'ten iki dikkat çekici özelliği daha devraldı: Çok kullanıcılı ve çok görevli bir sistemdir. Çoklu görev, sistemin aynı anda birden fazla görevi gerçekleştirebilmesi anlamına gelir. Çoklu kullanıcı modu, birden fazla kullanıcının aynı anda sistemde çalışabildiği ve her birinin kendi terminali aracılığıyla sistemle etkileşime girdiği moddur. Bu işletim sisteminin bir diğer avantajı, Windows ile birlikte tek bir bilgisayara kurulabilmesidir.

Linux sistemini kullanarak herhangi bir kişisel makineyi bir iş istasyonuna dönüştürebilirsiniz. Günümüzde Linux iş, eğitim ve bireysel programlamaya yönelik işletim sistemidir. Dünyanın dört bir yanındaki üniversiteler programlama ve işletim sistemi tasarımı derslerinde Linux kullanıyor. Linux, geniş kurumsal ağların yanı sıra İnternet düğümlerini ve Web sunucularını organize etmek için de vazgeçilmez hale geldi.

Modern Linux, çeşitli grafik arayüz türlerini kullanma fırsatı sunar: KDE (K Masaüstü Ortamı), GNOME (GNU Ağ Modeli Ortamı) ve diğerleri. Bu kabukların her birinde, kullanıcıya aynı anda birkaç masaüstüyle çalışma fırsatı verilir (MS Windows'ta her zaman bir masaüstü vardır ve bu masaüstünün pencerelerle dolu olması gerekir).

Bilgisayar, bir sorunu çözmek için çeşitli kaynaklar sağlar, ancak bu kaynaklara insanların ve programların kolayca erişebilmesini sağlamak için bir işletim sistemine ihtiyaç vardır. Karmaşık ve gereksiz ayrıntıları kullanıcıdan gizler ve ona çalışması için uygun bir arayüz sağlar. İşletim sistemleri başka yetenekler de sağlayabilir: bilgisayar disklerinde saklanan bilgileri koruma araçları; birkaç kullanıcının bir bilgisayarda çalışması (çok kullanıcılı mod), bir bilgisayarı bir ağa bağlama yeteneği, ayrıca birkaç makinenin bilgi işlem kaynaklarını birleştirme ve bunları paylaşma (kümeleme).

Shatsukova L.Z. Bilgisayar Bilimi. İnternet ders kitabı.http://www.kbsu.ru/~book

Anna Chugainova

Arayüz (etkileşim), mikroişlemci sisteminin bileşenleri ve katılımcıları arasındaki ilişkidir.

İçerir: donanım, yazılım ve insanlar. Bu nedenle, aşağıdaki arayüz türleri ayırt edilir:

donanım arayüzü;

yazılım arayüzü;

Kullanıcı arayüzü.

Yazılım arayüzü işletim sistemi tarafından sağlanır (varsa). En yaygın kullanıcı arayüzleri grafiksel bir arayüz (örneğin, Microsoft Office Word'deki simgeleri veya komut düğmelerini içeren bir PC masaüstü) ve bir menüde hareket ederek ihtiyacımız olan komutu seçtiğimiz bir "joystick" arayüzüdür (örneğin, mobil telefonlar, programlanabilir kontrolörler) ve bu da bir tür GUI'dir.

Donanım arayüzü mikroişlemci sisteminin tüm parçalarının birbiriyle iletişimini sağlayan veri yolları, konektörler, eşleştirme cihazları, algoritmalar ve protokollerden oluşan bir sistemdir. Sistemin performansı ve güvenilirliği arayüzün özelliklerine bağlıdır.

Dağıtılmış mikroişlemcili sistemlerde, donanım arayüzü, işlemcinin yükünü boşaltmak için denetleyiciler tarafından sağlanır. Denetleyici, izleme ve kontrol işlevlerini gerçekleştirmek için tasarlanmış özel bir çiptir. Denetleyici, örneğin sabit sürücü, RAM, klavye gibi cihazın çalışmasını kontrol eder ve bu cihazın diğer MS katılımcılarıyla etkileşimini sağlar.

Lastikler akslar tarafından kontrol edilir. Örneğin kişisel bir bilgisayar gibi karmaşık MS'de, merkezi yer bir dizi köprü ve denetleyici olan "yonga seti" tarafından işgal edilir. Yonga seti, geleneksel olarak güney köprüsü ve kuzey köprüsü olarak adlandırılan iki ana yongayı içerir (Şekil 1). Kuzey Köprüsü sistem veriyoluna, bellek veriyoluna, AGP'ye (hızlandırılmış grafik bağlantı noktası) hizmet verir ve bilgisayarın ana denetleyicisidir. Güney Köprüsü harici cihazlarla çalışmayı yönetir (PCI veri yolu - çevresel aygıtları bağlamak için giriş/çıkış veri yolu).

Şekil 1 - Kişisel bilgisayarlarda (PC'ler) veri alışverişinin organizasyonu

En karmaşık olanı, işlemci ile harici cihazlar arasındaki etkileşimin çok çeşitli olması nedeniyle organizasyonudur.

Paralel arayüzler bitleri iletmek için ayrı sinyal hatları kullanmaları ve bitlerin aynı anda iletilmesiyle karakterize edilir. Klasik paralel arayüz LPT bağlantı noktasıdır.

Seri arayüz Verileri iletmek için, bilgi bitlerinin birbiri ardına sırayla iletildiği bir sinyal hattını kullanır.

Hem PC'lerde hem de endüstriyel sistemlerde yaygınlaşmaya başlayan en basit seri arayüz, COM portları tarafından uygulanan RS-232 standardıdır. RS-485 endüstriyel otomasyonda yaygın olarak kullanılmaktadır.

(Evrensel Seri Veri Yolu), cep telefonları ve tüketici elektroniği de dahil olmak üzere çok çeşitli çevresel aygıtlardan bir bilgisayara bağlantı sağlar.

İlk arayüz spesifikasyonuna USB 1.0 adı verildi, şu anda USB 2.0 spesifikasyonu kullanılıyor, modern cihazlar USB 3.0 spesifikasyon arayüzünü kullanıyor.

USB 2.0 standardı dört hat içerir: veri alımı ve iletimi, +5 V güç kaynağı ve muhafaza. Bunlara ek olarak, USB 3.0 dört iletişim hattı (2'si alım için, ikisi iletim için) ve bir muhafaza daha ekler.

USB veri yolu yüksek bir bant genişliğine sahiptir (USB 2.0, 480 Mbit/s'ye kadar maksimum bilgi aktarım hızı sağlar, USB 3.0 - 5,0 Gbit/s'ye kadar) ve yalnızca veri aktarımı sağlamakla kalmaz, aynı zamanda düşük güçlü harici cihazlar için güç kaynağı da sağlar. (USB veri yolu güç hatları üzerinden tüketilen maksimum cihaz akımı, USB 2.0 için 500 mA'yı ve USB 3.0 için 900 mA'yı aşmamalıdır), bu da harici güç kaynaklarının kullanılmamasını mümkün kılar.

Kablosuz arayüzler, özellikle kablolarla karşılaştırılabilecek boyut ve ağırlıktaki küçük boyutlu cihazlar için önemli olan iletişim kablolarından uzaklaşmanıza olanak tanır. Kablosuz arayüzler kızılötesi (IrDA) ve radyo frekansı (Bluetooth, USB kablosuz) aralıklarını kullanır.

Kızılötesi IrDA arayüzü 1 metreye kadar mesafedeki iki cihaz arasında kablosuz iletişime olanak sağlar. Kızılötesi iletişim - IR (Kızılötesi) Bağlantısı - sağlık açısından güvenlidir, radyo frekans aralığında parazit yaratmaz ve iletim gizliliğini sağlar. IR ışınları duvarlardan geçmediğinden alım alanı küçük ve kolayca kontrol edilen bir alanla sınırlıdır.

Bluetooth (mavi diş), kişisel ağları düzenlemek için kısa mesafelerde gerçek zamanlı veri iletimi sağlayan düşük güçlü bir radyo arayüzüdür (verici gücü yalnızca yaklaşık 1 mW). Her Bluetooth cihazında 2,4 GHz frekans aralığında çalışan bir radyo vericisi ve alıcısı bulunur. Radyo arayüzünün menzili, standart bir evi kapsamak üzere yaklaşık 100 m'dir.

Kablosuz USB (USB kablosuz), yüksek verime sahip kısa mesafeli bir radyo arayüzüdür: 3 metreye kadar mesafede 480 Mbit/s ve 10 metreye kadar mesafede 110 Mbit/s. 3,1 - 10,6 GHz frekans aralığında çalışır.

RS-232 arayüzü (RS - önerilen standart) iki cihazı (bir bilgisayar ve bir veri aktarım cihazı) birbirine bağlar. İletim hızı - 115 Kbps (maksimum), iletim mesafesi - 15 m (maksimum), bağlantı şeması - noktadan noktaya.

Bu arayüzün sinyalleri (3...15) V'luk voltaj düşüşleriyle iletilir, dolayısıyla RS-232 iletişim hattının uzunluğu, düşük gürültü bağışıklığı nedeniyle genellikle birkaç metrelik bir mesafeyle sınırlıdır. En sık endüstriyel ekipmanlarda kullanılır; kişisel bilgisayarda bir fare veya modemi bağlamak için kullanılırdı. RS-232 arayüzü, yalnızca 2 cihazı bağladığı için temelde ağ oluşturmaya izin vermez.

Şekil 2 - RS-232 konnektör tipi DB9

RS-485 arayüzü, çift yönlü veri iletimi için yaygın olarak kullanılan, yüksek hızlı ve gürültüye dayanıklı bir endüstriyel seri arayüzdür. Hemen hemen tüm modern endüstriyel bilgisayarlar, çoğu sensör ve aktüatör, RS-485 arayüzünün bir veya daha fazla uygulamasını içerir.

Veri iletmek ve almak için bir bükümlü çift iletken (bükülü çift) yeterlidir. Veri aktarımı diferansiyel sinyaller kullanılarak gerçekleştirilir (orijinal sinyal bir kablo boyunca gider ve ters kopyası diğer kablo boyunca gider). İletkenler arasındaki bir polaritenin voltaj farkı, mantıksal bir fark anlamına gelir, diğer polaritenin farkı ise sıfır anlamına gelir.

Dış gürültünün varlığında bitişik kablolardaki girişim aynıdır ve sinyal iletkenlerdeki potansiyel fark olduğundan sinyal seviyesi değişmeden kalır. Bu, yüksek gürültü bağışıklığı ve 1 km'ye kadar (veya özel cihazlar - tekrarlayıcılar kullanılarak daha fazla) toplam iletişim hattı uzunluğu sağlar.

RS-485 arayüzü, yarım çift yönlü modda iki telli bir iletişim hattı üzerinden birkaç cihaz arasında veri alışverişi sağlar (Alım ve iletim, zaman ayrımıyla bir çift kablo üzerinden gerçekleşir). Otomatik proses kontrol sistemleri oluşturulurken endüstride yaygın olarak kullanılır.

Ethernet (eter - eter), çoğu yerel bilgisayar ağında kullanılan bir veri aktarım teknolojisidir. Bu arayüz IEE 802.3 standardına dayanmaktadır. RS-485 arayüzü bire çok arayüz olarak görülebilirken, Ethernet çoktan çoğa temelinde çalışır.

Veri aktarım hızına ve aktarım ortamına bağlı olarak birkaç seçenek vardır:

Ethernet - 10 Mbit/sn

Hızlı Ethernet - 100 Mbit/s

Gigabit Ethernet - 1 Gb/sn

10 Gigabit Ethernet

İletim ortamı olarak koaksiyel kablo, bükümlü çift (düşük maliyetli, yüksek gürültü bağışıklığı) ve fiber optik kablo (daha uzun hatların ve yüksek hızlı iletişim kanallarının oluşturulması) kullanılır.

(bükülü çift) - birlikte bükülmüş ve plastik bir kılıfla kaplanmış bir veya daha fazla çift yalıtımlı iletkenden oluşan bir tür iletişim kablosu.

Örneğin, bir FTP kablosu (folyo bükümlü çift - ortak bir folyo kalkanı ve indüklenen akımları boşaltmak için bakır iletkenli bir bükümlü çift), 4 çift (katı), kategori 5e (Şekil 3). Kablo, binaların, yapıların içinde sabit kurulum ve yapısal kablo sistemlerinde çalıştırma için tasarlanmıştır. Üst sınırı 100 MHz olan frekans aralığında çalışan uygulamalar için tasarlanmıştır.

Şekil 3 - Bükümlü çift: 1 - Dış kılıf, 2 - Folyo ekran, 3 - Topraklama teli, 4 - Koruyucu film, 5 - Bükümlü çift

Fiziksel düzeyde Ethernet protokolü, mikroişlemci sistemlerine yerleştirilmiş ağ kartları ve sistemleri birbirine bağlayan hub'lar şeklinde uygulanır.

Endüstriyel ağlar, daha önce geliştirilen Profibus, DeviceNet, CANopen vb. ağlarla başarılı bir şekilde rekabet eden Ethernet (Profinet, EtherNet/IP, EtherCAT, Ethernet Powerlink) temel alınarak oluşturulmuştur.

Bilgisayar donanımının yetenekleri belirler donanım-yazılım arayüzü Program geliştirmek için gerekli ve yeterli donanım işlevlerini ve bilgisayar organizasyonunu karakterize eden. Donanım-yazılım arayüzü, programcıların bilgisayarı oluşturan donanım hakkında ihtiyaç duyduğu tüm bilgileri yakalar. Bu, bilgisayarın iç organizasyonunun hiçbir yönünü etkilemez: yarı iletken elemanların türü, güç kaynağı voltajı, baskılı devre kartı tasarımları vb. Program geliştirme için gerekli olan bilgisayar donanımı özelliklerinin toplamı, yani. programcılar için buna denir bilgisayar Mimarisi. Bu nedenle, belirli bir yazılım-donanım arayüzünün belirli bir mimariye karşılık geldiğini anlayarak mimari ve yazılım kontrollü arayüz terimlerini eşanlamlı olarak kullanacağız.

Daha önce belirtildiği gibi, donanım-yazılım arayüzü açısından programlama yalnızca programlar oluşturan sistem programcıları için mümkündür - çevresel aygıtlara hizmet veren sürücüler, depolama aygıtlarına hizmet veren programlar, görevleri değiştirme, belleği görevler arasında dağıtma vb. işletim sistemini oluşturur. İşletim sistemi bir sonraki düzey arayüzü sunar - API uygulama programı arayüzü ( API – Program Arayüzü Uygula). API, programcılar tarafından I/O işlemlerini ve veri depolamayı gerçekleştirmek, aygıtları ve belleği görevler arasında dağıtmak, bilgisayar aygıtlarını ve veri işleme süreçlerini kontrol etmek için kullanılan bir operatörler sistemi sunar. Tüm API operatörleri işletim sistemi aracılığıyla uygulanır; API operatörlerini bilgisayar donanımı tarafından uygulanan bir dizi yazılım-donanım arayüzü komutuna yorumlayan uygun işletim sistemi programları aracılığıyla. İşletim sistemi programları bilgisayar donanımının ayrılmaz bir parçasıdır: hizmet programlarının, araç sistemlerinin ve uygulama programlarının yürütüldüğü operatörleri (işlevleri) oluşturan işletim sistemi programlarıdır.

Böylece, bilgisayar donanımı ve işletim sistemi, tek bir donanım ve yazılım kompleksi gibi hareket eder; bu, bir API aracılığıyla donanımla etkileşime giren uygulama programları da dahil olmak üzere, daha yüksek düzeyde yazılımın oluşturulduğu bir bilgisayar platformudur.

Donanım-yazılım arayüzü PAI, bilgisayar donanımı tarafından uygulanan işlevleri tanımlar. Bu işlevler genellikle aşağıdaki gruplara ayrılır:

makine bilgi birimlerinin bileşimi ve temsil şekli;

veri türleri ve bunların sunum biçimleri;

veri adresleme yöntemleri;

komuta sistemi;

Cihazların ve süreçlerin durumunu temsil eden işlevler.

Bilgisayar donanımı tarafından uygulanan ilk dört işlev, işlemlerde yer alan işlenenlerin adreslerini kodlamak için işlem kodlarını ve kuralları belirleyen bir bilgisayar komut sistemi oluşturur. Programları oluşturan komut dizileri, komutlar uygun veri türlerindeki işlemleri belirttiğinde doğrudur: tamsayılar, boolean'lar, karakter dizileri vb. Bilgisayar işlemine, programlanabilir işlevlerin yanı sıra, cihazın çalışma hızında (giriş/çıkış işlemlerinin tamamlanması, iletilen verilerde hatalar vb.) veya komutların yürütülmesi sırasında (yanlış işlem kodu, adresleme kurallarının ihlali) meydana gelen olaylar da eşlik eder. , korunan verilere erişim vb.). Bu koşullar altında, komutların öngördüğü işlemleri gerçekleştirirken işlem sonu veya özel durumlara tepki veren bilgisayar cihazları, kesinti sinyalleri. Bu sinyaller, cihazların çalışmasında ve programın yürütülmesi sırasında ortaya çıkan durumları işleyen özel programlara geçişi sağlayan işlemci tarafından algılanır. Bu nedenle işletim sistemi, cihazlar ve program yürütme süreçleri üzerinde kontrol sağlar ve donanım ile yazılımı tek bir donanım ve yazılım kompleksinde birleştirir.

Şu anda kullanılan mimarilerin büyük çoğunluğu sınıfa aittir. işlemci odaklı(işlemci merkezi). Bu durumda, her mimari için, bilgisayar işletim sistemi tarafından uygulanan benzersiz bir komut sistemi oluşturan belirli bir yazılım ve donanım arayüzü oluşturulur. Bu, her işlemci ve harici cihaz sistemi için, uygulama programları yazmanın ve tüm sistem kaynaklarının (cihazlar ve programlar) merkezi yönetiminin temelini oluşturan belirli bir işletim sisteminin oluşturulduğu anlamına gelir.

Uygulama programı arayüzü. Bilgisayar donanımı üreticileri, Uygulama Programlama Arayüzüne (API) dayanan mimariler geliştirmiştir. API merkezli mimariler, tüm uygulama programlarının işletim sistemi işlevlerine erişmesi ve uygulama programlarını işletim sisteminin donanım ve yazılım ayrıntılarından izole etmesi için kullanılan bir arayüz oluşturur. .

En ünlü API'lerden biri Posix'tir ( uniX tabanlı Taşınabilir İşletim Sistemi Arayüzü), uluslararası standarttır Unix– benzer işletim sistemleri. 1993 yılında, Unix işletim sistemleri için bir grup uygulama geliştiricisi, 1.179 işlevi içeren kendi uygulama programlama arayüzlerini (API) tanımladı. "Birleşik Unix Belirtimi" standardı, POSIX'in modern endüstriyel versiyonu haline geldi.

Başka bir değişken API'si– teknolojiden bağımsız makine arayüzü ( Teknolojiden Bağımsız Makine Arayüzü), genellikle basitçe denir Mİ (Makine Arayüzü). Bu arayüz, iki aşamalı bir şemaya göre çalışan AS/400 bilgisayar işletim sisteminin bir dizi işlevini içerir: bir program şablonu oluşturma - program kodu oluşturma. BAS/400 derleyicisi kaynak metinden kod üretir Mİ, bir program şablonu olarak sunulur. İkinci aşamada, çevirmen bir program şablonundan ikili program kodu üretir ve çevirmen tarafından üretilen ikili program kodu, tek bir program nesnesi olarak bilgisayar belleğinde saklanır. Bu programın adı izlenebilir(gözlemlenebilir). AS/400 bilgisayarı, örneğin 64 bitlik bir işlemci kullanmaya başlarsa, yeni donanım için, program kodunu, bilgisayarın kullandığı verilerin bileşimine karşılık gelen yeni bir ikili koda çeviren özel bir çevirici oluşturulur. yeni 64 bit işlemci çalışıyor. Sonuç olarak AS/400, 64 bit işletim sistemine ve bir günde binlerce 64 bit uygulamaya sahiptir.

Önemli dezavantaj API'si– esneklik eksikliği. Tek bir entegre sistem olarak çalışamayacakları için müşteri bir üreticiden işletim sistemini, diğerinden veritabanını veya üçüncüsünden veri korumayı seçemez. Esnekliği sağlamanın tek yolu, farklı bileşenleri entegre bir sistemde bağımsız olarak birleştirmektir. Ancak bu, kullanıcı eğitimi ve yazılım sistemlerinin bakımı için fon gerektirir.

otomatik veya otomatik veri işleme için tasarlanmış bir dizi cihaza denir bilgisayar Teknolojisi.

Bilgisayar sistemi- Bu özel set birbirleriyle etkileşime giren cihazlar ve programlar ( donanım ve yazılım sistemi), bir işyerine hizmet vermek üzere tasarlanmıştır. Bir bilgisayar sisteminin herhangi bir bileşenine (merkezi işlemci, RAM veya harici bellek, harici cihaz, program vb.) ve sağladığı yeteneklere denir. kaynak. Güneşin yapısı bir piramit şeklinde temsil edilebilir.

Uygulama yazılımı

Sistem yazılımı

Mantıksal Cihaz Yönetimi

Fiziksel cihaz yönetimi

Donanım

Donanım Kullanıcı bilgilerinin otomatik olarak işlenmesinde yer alan fiziksel cihazları (ekipman bileşenleri) içerir.

Fiziksel cihaz yönetimi donanım yapılarıyla etkileşime giren programlar tarafından gerçekleştirilir.

Mantıksal Cihaz Yönetimi Fiziksel cihazlardan bağımsız, kullanıcı odaklı programlar uygulayın. Bu seviyeye dayalı olarak yeni mantıksal kaynaklar oluşturulabilir. Örneğin, bir sabit sürücüde birkaç mantıksal disk oluşturulabilir; bununla çalışmak, kullanıcının bakış açısından, birkaç fiziksel diskle çalışmaktan farklı değildir.

Sistem yazılımı bilgisayarların ve bilgisayar ağlarının çalışmasını sağlamak için tasarlanmış bir dizi programdır. Sistem yazılımının ayrılmaz bir parçası programlama sistemleri Yazılım geliştirmenin tüm teknolojik döngüsünü desteklemeye hizmet eden.

Uygulama yazılımı Belirli bir konu alanının belirli bir sınıfındaki problemleri çözmek için birbirine bağlı bir dizi programdır.

Bilgisayar sisteminin merkezi bağlantısı bilgisayar.

Bilgisayar- Bu elektronik cihaz Verilerin oluşturulmasını, depolanmasını, işlenmesini ve taşınmasını otomatikleştirmek için tasarlanmıştır. Herhangi bir modern bilgisayarın temeli saat üreteci frekansını belirleyen elektrik sinyalleri (darbeler) üretir saat frekansı. Bitişik darbeler arasındaki zaman aralığı, bilgisayarın bir saat döngüsünün (veya basitçe çalışma inceliği). Saat frekansı oldukça nesnel olarak bir bilgisayarın hızını belirler. Bir işlemi gerçekleştirmek için gereken saat frekansını ve saat döngüsü sayısını bilerek, bu işlemin yürütme süresini doğru bir şekilde belirleyebilirsiniz. Bir bilgisayarı kontrol etmek aslında sinyallerin cihazlar arasındaki dağılımını yönetmekten ibarettir. Yönetim olabilir yazılım veya etkileşimli.

Yazılım kontrolü sinyal dağıtımı otomatik olarak gerçekleştirilir.

Sinyal dağıtımı, harici kontroller (düğmeler, anahtarlar vb.) kullanılarak manuel olarak kontrol edilebilir. Modern bilgisayarlarda hariciözel kullanımı sayesinde yönetim büyük ölçüde otomatikleştirilmiştir donanımsal mantıksal arayüzler, harici kontrol ve veri giriş cihazlarının bağlı olduğu: fare, joystick, klavye vb. Bu tür kontrole denir etkileşimli .

Bilgisayar sistemi yapılandırması dahil olmak üzere bileşimi denir donanım Ve yazılım genellikle ayrı ayrı ele alınır. Bir bilgisayar sistemini parçalara ayırma ilkesi donanım odası Ve yazılım yapılandırmasıÇoğu zaman aynı problemin çözümü hem donanım hem de yazılım tarafından sağlanabildiğinden, bilgisayar bilimi için özellikle önemlidir. Seçim kriterleri performans ve verimliliktir. Ancak yazılım ve donanımın bir bilgisayarda ayrılmaz bir bağlantı ve sürekli etkileşim halinde çalışması nedeniyle böyle bir bölünmenin şartlı olduğunu unutmamalıyız.

Donanım yapılandırması Bilgi işlem sistemi, bilgisayara bağlı bir ekipman koleksiyonudur. Modern bilgisayarlar ve bilgi işlem sistemleri blok modüler tasarım(donanım konfigürasyonu), hazır düğümlerden ve bloklardan monte edilebilir.

Yazılım yapılandırması Bilgisayar sistemi, bilgisayara yüklenen programların bir koleksiyonudur. Programlar bilgisayar için - belirli sonuçlar üretmek için tasarlanmış verileri ve komutları temsil etme biçimidir. Bilgisayar programlarının çalışması çok düzeyli bir yapıya sahiptir.

Her işyerinde, sorunları en etkin şekilde çözecek şekilde yazılım ve donanım konfigürasyonu oluşturulur. özel pratik problemler. Farklı bilgisayarlar mimarileri ve işlevsel amaçları bakımından benzer olabilir ancak farklı yazılım ve donanım yapılandırmalarına sahip olabilirler.

Bilgi işlem sistemlerinde donanım ve yazılımın yanı sıra bazı durumlarda bilgilendirici Ve matematiksel güvenlik.

Altında bilgi desteği anlamak bir dizi program ve önceden hazırlanmış veriler Bu programların çalışması için. Örneğin bir metin düzenleyicide otomatik yazım denetimi sisteminin çalışabilmesi için donanım ve yazılımın yanı sıra önceden hazırlanmış bir referans veri dizisini içeren özel sözlük setlerinin de bulunması gerekir.

Yazılım bilgi işlem sistemi yazılım ve bilgi desteği seti. Kural olarak, ROM yongalarına "sabit kodlanmıştır" ve özel bilgisayar sistemlerinde (arabaların, uçakların, gemilerin vb. yerleşik bilgisayarları) kullanılır.

Bilgisayar sistemi donanımı

İLE

Bilgisayar sistemi donanımı, belirli iş türlerini gerçekleştirmek için gerekli olan bir dizi cihaz ve aracı ifade eder. Cihazların göreli düzenleme yöntemine göre Merkezi işlem birimi(CPU) ayırt etme dahili Ve harici cihazlar. Harici cihazlar çoğunluktadır G/Ç cihazları veriler (aynı zamanda denir) Çevresel cihazlar) ve bazı uzun vadeli depolama aygıtları veri (harici bellek). Sistemin çalışabilmesi için donanımların birbiriyle koordineli olması gerekmektedir. donanım arayüzleri hem fiziksel düzeyde hem de mantıksal düzeyde. Fiziksel olarak donanım, çeşitli cihazlar (mekanik ve elektrik konektörleri, veri yolları, kontrolörler) kullanılarak ve mantıksal olarak - adı verilen programlar kullanılarak koordine edilir. aygıt sürücüleri.

Donanım arayüzleri- Bu standartlaştırılmış donanım-mantıksal cihazlar bilgisayar sisteminin cihazları, düğümleri ve blokları arasındaki işin koordinasyonunun sağlanması. Donanım arayüzleri için standartlara denir protokoller Cihazların koordineli çalışması için gerekli teknik koşullar kümesini tanımlayan. Standart arayüzlerin varlığı, özelliklerine bakılmaksızın cihazlar arasında veri aktarımını birleştirmenize olanak tanır.

Herhangi bir bilgisayar sisteminin mimarisinde iki gruba ayrılabilecek birçok donanım arayüzü vardır: ardışık Ve paralel.

Paralel arayüzler– bir grup bitin eşzamanlı iletimi için kullanılan cihazlar. Bir mesajdaki bitlerin sayısı arayüzün bit kapasitesine göre belirlenir. Örneğin, sekiz bitlik paralel arayüzler döngü başına bir bayt veri aktarır. Paralel arayüzlerin performansı saniyedeki bayt cinsinden ölçülür (bayt/s; KB/s; MB/s). Veri aktarım hızının önemli olduğu yerlerde kullanılırlar: yazdırma aygıtlarını, grafik bilgi giriş aygıtlarını ve harici ortama veri kaydetme aygıtlarını bağlamak için.

Seri arayüzler– daha basit cihazlar. Veri alışverişi sırayla azar azar gerçekleştirilir. Performansları saniyedeki bit sayısı (bps; Kbps; Mbps) cinsinden ölçülür. Seri arayüzlere sıklıkla denir asenkron arayüzlerçünkü verici ve alıcı cihazların çalışmasının senkronize edilmesini gerektirmezler. Senkronizasyon eksikliğinden dolayı, faydalı verilerin aktarımına servis paketleri eşlik eder, yani bir baytlık faydalı veri, 1-3 servis biti içerebilir. Başlangıçta seri arayüzlerin verimi paralel olanlardan daha azdı ve verimlilik daha düşüktü. Bu nedenle, "yavaş cihazları" (basit düşük kaliteli baskı cihazları, sembolik ve sinyal bilgileri için giriş-çıkış cihazları, kontrol sensörleri, düşük performanslı iletişim cihazları vb.) ve ayrıca mevcut olduğu durumlarda bağlamak için kullanıldılar. veri alışverişinin süresi konusunda herhangi bir kısıtlama yoktur. Bununla birlikte, teknolojinin gelişmesiyle birlikte, artık paralel olanlardan daha aşağı olmayan ve çoğu zaman verim açısından onları aşan yüksek hızlı seri arayüzler ortaya çıkmıştır.

Bilgisayarların sınıflandırılması

İLE

Bilgisayarları sınıflandırmanın pek çok farklı yöntemi vardır. Teknik literatürde ve medyada en sık kullanılan yöntemler aşağıdakileri içerir:

– amaçlanan amaca göre;

– uzmanlık düzeyine göre;

– standart boyutlara göre;

– uyumluluk konusunda;

– kullanılan işlemci türüne göre.

Amaca göre sınıflandırma– En eski sınıflandırma yöntemlerinden biri. Bu prensibe dayanarak, ayırt ederler. ana bilgisayar bilgisayarlar, mini bilgisayar, mikrobilgisayar Ve kişisel bilgisayarlar (bilgisayar).

Ana bilgisayar bilgisayarlar (ana bilgisayar veya süper bilgisayarlar). Çok büyük şirketlerde, bankalarda veya ulusal ekonominin sektörlerinde kullanılırlar. Yüksek performanslı süper bilgisayarlar savunma kompleksi, nükleer fizik, uzay sorunları, meteoroloji ve sismik farmakolojideki sorunları çözmek için kullanılır. Bir süper bilgisayar temelinde, birkaç departmanı (grupları) içeren bilgisayar merkezleri oluşturulur:

– sistem programlama grubu, sağlayan donanım-yazılım arayüzü bilgi işlem sistemi;

– uygulama programlama grubu, sağlayan Kullanıcı arayüzü bilgi işlem sistemi;

– teknik servis grubu;

– veri hazırlama grubu;

– formda veri arşivleri oluşturan bilgi destek grubu program kütüphaneleri Ve veri bankaları;

– merkezi işlemciden veri alan ve bunu müşteriye uygun bir forma dönüştüren, örneğin yazıcılarda yazdıran veri çıkış departmanı.

Büyük bilgisayarlar yüksek ekipman ve bakım maliyetleriyle karakterize edilir. Böyle bir bilgisayar sisteminin merkezi işlemcisi birkaç ekipman rafından oluşur ve ayrı bir odada bulunur. Verimliliği artırmak için süper bilgisayar, çeşitli görevlerle ve doğal olarak birden fazla kullanıcıyla aynı anda çalışır. Bilgi işlem sistemi kaynaklarının bu dağıtımına denir. zaman paylaşımı ilkesi.

Mini bilgisayar. Bu gruptaki bilgisayarlar, boyutlarının küçültülmesi ve buna bağlı olarak daha düşük üretkenlik ve maliyet açısından büyük bilgisayarlardan farklılık gösterir. Bu tür bilgisayarlar, eğitim faaliyetlerinin bilimsel çalışmalarla birleştirildiği büyük işletmeler, bilimsel kurumlar ve üniversiteler tarafından kullanılmaktadır. Mini bilgisayarlar genellikle üretim süreçlerini kontrol ederken aynı anda diğer sorunları çözmek için kullanılır. Örneğin, ekonomistler tarafından ürünlerin maliyetini kontrol etmek, muhasebede birincil belgeleri kaydetmek ve vergi makamları için düzenli raporlar hazırlamak vb. için kullanılabilir. Mini bilgisayarlarla çalışma, her ne kadar çok sayıda olmasa da, bir bilgisayar merkezi kullanılarak da organize edilmektedir. büyük bilgisayarlarda.

Mikrobilgisayar. Bu sınıftaki bilgisayarlar birçok işletmenin kullanımına açıktır. Böyle bir bilgisayarın bakımı için bir bilgisayar merkezine gerek yoktur. Sistem ve uygulama programcılarının niteliklerini birleştiren yüksek nitelikli programcıları mutlaka içeren küçük bir bilgisayar laboratuvarına sahip olmak yeterlidir. Mikrobilgisayarlar aynı zamanda büyük bilgisayar merkezlerinde, örneğin ön veri hazırlama işlemleri gibi yardımcı işlemleri gerçekleştirmek için de kullanılır.

Kişisel bilgisayarlar (bilgisayar ). Bu bilgisayar sınıfı son 20 yılda özellikle hızlı bir gelişme gösterdi. Bir işyerine hizmet verecek şekilde tasarlanmıştır. Küçük boyutlarına ve nispeten düşük maliyetlerine rağmen modern PC'ler yüksek performansa sahiptir. Birçok PC modeli, 70'li yılların ana bilgisayarlarından, 80'li yılların mini bilgisayarlarından ve 90'lı yılların ilk yarısındaki mikro bilgisayarlardan daha iyi performans göstermektedir. PC, küçük işletmelerin ve bireylerin ihtiyaçlarını iyi karşılayabilir. İnternetin hızla gelişmesi nedeniyle PC'ler özellikle 1995'ten sonra popüler hale geldi. Kişisel bilgisayarlarda en sık kullanılan oyunlar oyunlar, metin editörleri, veritabanları, bilgi sistemleri, elektronik tablolar, programlama sistemleri vb.'dir. PC'ler aynı zamanda herhangi bir disiplindeki eğitim sürecini otomatikleştirmenin, uzaktan (yazışma) öğrenmeyi organize etmenin bir aracıdır. ve boş zamanları organize etmenin bir yolu. Genellikle sınırlı istihdam koşullarında özellikle önemli olan ev işleri için kullanılırlar. 2002 yılına kadar PC'ler alanında aşağıdaki kişisel bilgisayar kategorilerini belirleyen uluslararası standartlar yürürlükteydi:

– toplu bilgisayar ( Tüketici bilgisayarı);

– iş bilgisayarı (Ofis bilgisayarı);

– dizüstü bilgisayar ( Mobil bilgisayar);

- iş istasyonu ( İş istasyonu bilgisayarı);

– eğlence bilgisayarı ( Eğlence).

Donanımdaki ilerlemeler, kategoriler arasındaki sınırları giderek bulanıklaştırdı, bu nedenle standartların güncellenmesi sona erdi, ancak belirli görevler için bir bilgisayar satın alırken bu sınıflandırmayı bilmek yararlı olabilir.

Uzmanlık düzeyine göre sınıflandırma. Bilgisayarlar ikiye ayrılır: evrensel Ve uzmanlaşmış. Evrensel bir bilgisayarın konfigürasyonu (bilgisayar sistemi bileşimi) isteğe bağlı olabilir. Örneğin aynı bilgisayar metin, müzik, grafik, fotoğraf ve video materyalleriyle çalışmak için kullanılabilir. Özel bilgisayarlar belirli bir dizi sorunu çözmek için tasarlanmıştır. Bunlara örneğin arabaların, gemilerin, uçakların ve uzay araçlarının yerleşik bilgisayarları dahildir. Grafiklerle çalışmaya odaklanan özel mini bilgisayarlara denir grafik istasyonları. Film ve videoların yanı sıra reklam ürünlerinin hazırlanmasında da kullanılırlar. Kurumsal bilgisayarları tek bir ağa bağlayan özel bilgisayarlara denir. dosya sunucuları. İnternet üzerinden bilgi aktaran bilgisayarlara denir ağ sunucuları.

Boyuta göre sınıflandırma kişisel bilgisayarlar için geçerlidir. Standart boyutlara bağlı olarak bilgisayarlar aşağıdakilere ayrılır: masaüstü(masaüstü), taşınabilir(not defteri), Cep(avuç içi), mobil bilgi işlem cihazları(bir cep bilgisayarının ve mobil iletişimin işlevlerini birleştirir). Günümüzde yaygın olarak kullanılmaya başlandılar dizüstü bilgisayarlar.

Dizüstü bilgisayar(İngilizce not defteri- not defteri, not defteri PC) - kasası ekran, dokunmatik yüzeyli klavye, hoparlörler, mikrofon, web kamerası ve piller dahil olmak üzere tipik PC bileşenlerini birleştiren taşınabilir bir kişisel bilgisayar. Küçük boyutu, ağırlığı ve modern pilleri sayesinde kullanımı oldukça kolay olan dizüstü bilgisayar, yolda yanınızda taşımanıza ve 1 ila 14 saat şarj etmeden çalışmanıza olanak tanır. Dünyanın halka açık ilk dizüstü bilgisayar modeli Osborne-1, mucit Adam Osborne tarafından yaratıldı ve 1981 yılında piyasaya sürüldü. İlk dizüstü bilgisayarlara olan talep son derece yüksekti ve bu da Osborne Computer Corporation'ı o zamanın en hızlı büyüyen şirketi haline getirdi. Amaçlarına ve teknik özelliklerine göre, dizüstü bilgisayarların aşağıdaki sınıflandırması vardır: bütçe dizüstü bilgisayarlar, orta sınıf dizüstü bilgisayarlar, iş dizüstü bilgisayarları, multimedya dizüstü bilgisayarlar, oyun dizüstü bilgisayarları, mobil iş istasyonu, moda dizüstü bilgisayarlar, sağlam dizüstü bilgisayarlar, dokunmatik ekranlı dizüstü bilgisayarlar.

Uyumluluğa göre sınıflandırma. Uyumluluk, farklı bilgisayarlar için tasarlanan bileşenlerin ve aygıtların değiştirilebilirliğini, programları bir bilgisayardan diğerine aktarabilme yeteneğini ve farklı bilgisayar türlerinin aynı verilerle birlikte çalışabilme yeteneğini belirler. İle donanım uyumluluğu sözde var donanım platformları. Günümüzde en yaygın iki donanım platformu şunlardır: IBM bilgisayarı Ve Apple Macintosh. Donanım uyumluluğuna ek olarak başka uyumluluk türleri de vardır: yazılım uyumluluğu, işletim sistemi düzeyinde uyumluluk, veri uyumluluğu.

Kullanılan işlemci türüne göre sınıflandırma. Kullanılan işlemci türü büyük ölçüde bilgisayarın teknik özelliklerini karakterize eder. Bilgisayarlar aynı donanım platformuna ait olsalar bile kullandıkları işlemci türleri farklılık gösterebilir.

John von Neumann'a göre klasik bilgisayar modeli

N

Teknolojide kaydedilen ilerlemelere rağmen modern bilgisayarların temel yapısında ve çalışma prensiplerinde önemli bir değişiklik olmamıştır. Modern bilgisayarların çoğu bilgi işlem cihazlarının genel mantıksal çalışma prensipleri 1946 yılında Amerikalı matematikçi John von Neumann tarafından formüle edilmiştir. Von Neumann'a göre evrensel bir bilgisayarın mimarisi aşağıdaki ilkelere uygun olarak oluşturulmalıdır.

İkili kodlama prensibi. Bilgisayara giren tüm bilgiler ikili kodlarla temsil edilir.

Program kontrol prensibi. Gerekli hesaplama sırası, algoritma tarafından benzersiz bir şekilde belirlenir ve bir dizi komutla tanımlanır. programı. Her komut, gerçekleştirilecek işlemin kodunu ve işlemde yer alan işlenenlerin adreslerini belirtir. Hesaplama programı, komutların otomatik olarak yürütülmesini ve bunun sonucunda bilgisayarın hızının artmasını sağlayan bilgisayarın depolama cihazına yerleştirilir.

Bellek homojenliği ilkesi. Programlar ve veriler aynı hafızada saklanır. Bu nedenle bilgisayar, belirli bir bellek hücresinde neyin saklandığını ayırt etmez: sayı, metin veya komut. Farklı bilgi türleri, kullanılma biçimlerine göre farklılık gösterir ancak kodlanma biçimlerine göre farklılık göstermez. Bu sayede sayıları ve komutları işlemek için aynı işlemleri kullanmak mümkün hale gelir, yani program komutları da işleme için sayılar kadar erişilebilir hale gelir.

Hedefleme ilkesi yapısal olarak ana hafızanın numaralandırılmış hücrelerden oluşmasıdır. Hücre numarası onu belirler adres, hangisi makine tanımlayıcı Bir değerin veya komutun (adı). Herhangi bir hücre, herhangi bir zamanda işlemcinin kullanımına açıktır. Bir hücrenin içeriğinin adrese göre alınması, içeriğin bir kopyası seçildiğinden, içinde depolanan bilgileri yok etmez.

Von Neumann ilkelerine uygun olarak oluşturulan bilgisayarlara bilgisayar denir von Neumann mimarisi. Von Neumann'a göre klasik bilgisayar modeli aşağıdaki yapıya sahiptir.

G/Ç cihazları

Bellek cihazı

Belirtilen blok diyagramda çift çizgiler bilgi akışlarını, tek çizgiler ise kontrol sinyallerini gösterir.

Böyle bir bilgisayarın ana aygıtları şunlardır: işlemci, bellek (depolama aygıtı), giriş/çıkış aygıtları. Tüm cihazlar, bilgilerin iletildiği iletişim kanalları (veya veri yolları) ile bağlanır. İşlemci, bilgisayarın neslini ve performansını belirler: performans büyük ölçüde işlemciye bağlıdır. İşlemci bir aritmetik mantık ünitesi ve bir kontrol ünitesi içerir. Aritmetik mantık Birimi(ALU) veri işleme için kullanılır, yani aritmetik ve mantıksal işlemleri uygular. Kontrol cihazı(CU) tüm bilgisayar cihazlarını kontrol etme ve program yürütme sürecini organize etme işlevlerini yerine getirir. İşlevlere git hafıza(Depolama) şunları içerir: diğer cihazlardan bilgi alınması, bilgilerin saklanması, istek üzerine bilgilerin makinenin diğer cihazlarına verilmesi. G/Ç cihazları harici cihazlardan kaynak verilerinin bilgisayar belleğine girilmesi ve hesaplama sonuçlarının çıkarılması için tasarlanmıştır.

İlgili bilgi.

Bilgisayar bilimi derslerinde tartışılan nesnelerden biri kişisel bilgisayardır. “Donanım”, “yazılım”, “bilgi kaynakları” alt sistemlerinden oluşan bir sistem olarak düşünülebilir (Şekil 20).

Pirinç. 20

Donanım alt sistemi; giriş, işleme, depolama ve çıkış aygıtları için bir süper sistem görevi görür.

İşletim sistemi, sistem ve yardımcı programları içeren bir yazılım alt sistemi ve üst sistemidir.

Bilgi kaynağı sistemi, metin ve grafik dosyaları, ses dosyaları, video bilgileri içeren dosyalar vb. sistemlerini içerir.

Kişisel bilgisayar “insan-bilgisayar” sisteminin bir parçasıdır (alt sistem).

Kullanıcı arayüzü

“İnsan-bilgisayar” sisteminin nesneleri arasında ara bağlantıyı sağlayan araçlara arayüz denir.

Donanım, yazılım, donanım-yazılım ve kullanıcı arayüzleri vardır.

Donanım arayüzü- bilgisayar cihazları arasındaki etkileşim araçları; ekipman üreticileri tarafından sağlanmaktadır.

Yazılım arayüzü- programlar, yazılım ve bilgi kaynakları arasındaki etkileşim (uyumluluk) araçları; yazılım geliştiricileri tarafından sağlanır.

Donanım-yazılım ve kullanıcı arayüzleri bilgisayarın işletim sistemi tarafından sağlanır.

Donanım-yazılım arayüzü- bilgisayar donanımı ve yazılımı arasındaki etkileşim araçları.

Kullanıcı arayüzü- insan-bilgisayar etkileşimi araçları.

Menü tabanlı kullanıcı arayüzü, bir menüden (komut listesi) bir kontrol komutu seçme olanağı sunar. Grafiksel bir arayüzde bilgisayar nesneleri küçük resimlerle (simgelerle) temsil edilir. Fareyi kullanarak istediğiniz simgeyi seçin. Simgelere ek olarak metinler (araç ipuçları için) ve menüler (komutları seçmek için) de kullanılır.

Üç boyutlu arayüz, üç boyutlu bilgisayar alanında gezinmeye olanak tanır. Örneğin fareyi sanal bir müzenin kapısına işaret ederek içeri girebilirsiniz. Sanal salonda etrafınıza bakabilir, herhangi bir tabloya yaklaşabilir ve onu daha detaylı inceleyebilirsiniz. Bu arayüz gerçek dünyayı simüle eder.